Л. Козениль
Визуальная диагностика, осуществляемая с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР), крайне необходима при исследовании ЦНС.
Знание терминологии и принципов ее применения позволяют лучше интерпретировать визуальное изображение.
Визуальная диагностика с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) основана на анализе взаимодействия двух магнитных полей с нуклеарной частью атома водорода, тогда как томоденситометрия (или сканирование) базируется на ослаблении рентгеновских лучей, проходящих через ткани.
Данная статья не ставит перед собою задачу детального описания основных технических и математических принципов ядерного магнитного резонанса. В первой ее части внимание уделяется схематическому пониманию основных принципов, тогда как во второй путем применения и интерпретации специальных терминов описываются характеристики тканей, визуализируемых с помощью ЯМР, в сравнении с методом томоденситометрического исследования.
Физические основы ядерного магнитного резонанса
Животное помещено в высокоинтенсивное фиксированное магнитное поле (0,3-2,0 Tesla). Это вызывает ориентацию магнитных диполей1 спинов2, формирующихся с помощью ядерного аппарата водорода (рис. 1 и фото 1). Второе магнитное поле применяют в интересующей нас области. Протоны абсорбируют эту энергию и, синхронизируясь (обновление фазы), осуществляют «прецессию»3 (движение гироскопа4) (рис. 2). Когда это второе магнитное поле нарушается, то возвращение протонов в их первоначальное равновесное состояние сопровождается образованием электрического сигнала, улавливаемого принимающей антенной (рис. 3). Этот сигнал трансформируется в визуальное изображение с помощью компьютера (согласно математическому закону Фурье5).
1 Магнитный диполь (от греч. di – два и polos – полюс). 1. Электрический диполь – совокупность двух зарядов, равных по величине и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии по отношению друг от друга; 2. Магнитный диполь – совокупность двух равных по величине фиктивных магнитных зарядов противоположного знака, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. В действительности магнитных зарядов не существует, однако магнитное поле замкнутых токов на больших от них расстояниях оказывается таким же, как если бы оно было создано магнитным диполем.
2 Спин (англ. spin – вращение). Собственный момент количества движения микрочастицы, имеющей квантовую природу и не связанной с движением частицы как целого, измеряется в единицах Планка постоянной h и может быть целым (0, 1, 2, …) или полуцелым (1/2, 3/2, …).
3 Прецессия (лат. precessio – движение впереди). Движение оси вращения твердого тела, в частности гироскопа, при котором оно описывает круговую коническую поверхность. Одновременно ось может совершать нутационные колебания. П. без нутационных колебаний называют регулярной.
4 Гироскоп (от греч. gyros – круг, и skopein – смотреть). Твердое тело, быстро вращающееся вокруг собственной оси вращения. При этом ось вращения Г. обычно закрепляют в так называемом кардановом подвесе. Основное свойство Г. с тремя степенями свободы состоит в том, что его ось устойчиво сохраняет приданное ей первоначальное направление. Если на такой гироскоп начинает действовать сила, то ось его отклоняется не в сторону ее действия, а в направлении перпендикулярном к ней; в результате гироскоп начинает прецессировать.
5 Закон Фурье, закон теплопроводности изотропных сред, связывающий градиент температуры в среде с плотностью теплового потока; установлен Ж. Фурье (1822).
 |
 |
 |
| Рисунок 1. Фиксированное поле (В0) построено в определенной направленности диполей (суммарный вектор зеленого цвета). | Рисунок 2. Второе магнитное поле представленное “прецессией” диполей (изменение угла суммарного вектора). | Рисунок 3. Остановка второго магнитного поля в виде схематического изображения спиралевидной кривой диполей, которое излучает некую энергию. Этот сигнал регистрируется на экране в виде визуального изображения. |
Интервал между эмиссией (испусканием) сигнала и его рецепцией (приемом) (TE = времени эха), а также время повторов второго магнитного поля (TR = время повтора), которое можно изменять, позволяет получить оптимальную контрастность тканей. Разные равновесные состояния (выбор оценок в TE и TR) вызывают изменение интенсивности сигнала, что дает возможность дифференцировать ткань (белое или серое вещество, жир, спинномозговая жидкость и т. д.) (приложение 1).
Приложение 1. Трактовка понятий и аббревиатур
- Визуальное изображение с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и отсутствие магнитного резонанса (ОМР), потому что качество “ядра”, вероятно, было негативным.
- Tesla: международная единица магнитного поля.
- TR: время повтора: время между первым и вторым излучениями магнитного поля.
- ТЕ: время эхо: время между эмиссией сигнала и его приемом.
- Равновесное состояние спинового эхо в режиме Т1: ТЕ приблизительно равно 25 ms, и TR равно 300-500 ms.
- Равновесное состояние спинового эхо в режиме Т2: ТЕ приблизительно равно 100 ms, TR от 1500-2000 ms.
- Соли гадолиниума: это контрастные продукты с парамагнитными свойствами, приводящими к улучшению контраста между здоровой тканью и тканями с нарушением гемато-менингеального барьера.
- Spin: это способность диполей вращаться вокруг собственной оси.
Таким образом, изображение, которого мы добиваемся в режиме равновесного состояния T1 (TR и TE короткие), основано на получении слабого сигнала или слабой интенсивности тканей, содержащих большое количество воды (например, спинномозговая жидкость). Равновесное визуальное изображение в режиме T2 (TR и TE длинные) дает более интенсивную картину тех же самых тканей, отображаемых на экране (фото 3).
Принцип интерпретации
Визуальные изображения структур головного и спинного мозга, а также нормальных позвонков описаны в различных источниках ветеринарной медицины.
Головной мозг
Последовательности равновесных состояний в режиме Т1 дают великолепную контрастность различных анатомических структур головного мозга. Последовательности в режиме Т2, наоборот, дают великолепную дифференциацию белого/серого вещества.
Белое вещество в супратенториальной области головного мозга легко дифференцируется от серого вещества. Оно в режиме равновесного визуального изображения Т1 характеризуется высокой интенсивностью благодаря выраженному содержанию жирового компонента (миелина6) (фото 2). При этом интенсивность серого вещества менее выражена.
6 Миелин (англ. mуelin). Субстанция, состоящая из липидов и жиров, которая формирует изолирующий чехол вокруг некоторых нервных волокон, называемых миелиновыми.
Ствол головного мозга и наиболее крупные ядра в субтенториальной области имеют менее интенсивное изображение в сравнении с белым веществом, которое их окружает (фото 4). Система желудочков очень легко визуализируется за счет низкой интенсивности, создаваемой равновесными состояниями в последовательностях Т1, а также за счет повышенной интенсивности равновесных последовательностей в Т2 (фото 2, 3 и 4).
 |
 |
 |
| Фото 2. Равновесное визуальное изображение в режиме Т1 (TR и TE короткие) в поперечном срезе на уровне промежуточной части мозга. Следует обратить внимание на слабую интенсивность спинномозговой жидкости (появление темно-серого цвета) внутри латеральных и третьего желудочков. Белое вещество коры головного мозга несколько интенсивнее серого. | Фото 3. Равновесное визуальное изображение в режиме Т2 (TR и TE длинные) на том же уровне, как и фото 2. Следует отметить повышенную интенсивность спинномозговой жидкости (появление белого контраста) внутри латеральных и третьем желудочках, а также в субарахноидальном пространстве и перикортикальной области. Белое вещество дифференцируется лучше серого вещества. | Фото 4.Равновесное визуальное изображение в режиме Т1 в сагиттальном срезе между полусферами головного мозга. Мы распознаем полушария, с их латеральными желудочками, мозжечком и стволом гловного мозга в продольном срезе. Некоторые ядра имеют низкую интенсивность. Зона повышенной интенсивности под мозжечком соответствует хороидному сплетению, которое обнаруживают путем инъекции контрастного парамагнитного продукта. |
Спинной мозг
Небольшой диаметр спинного мозга у собаки и кошки при недостаточно интенсивном магнитном поле, как правило, ограничивает возможность детализации визуального изображения внутри спинного мозга и нервных корешков. Последовательности равновесных состояний в режиме Т1 позволяют провести исследование спинного мозга. Последовательности равновесных состояний в режиме Т2 дают четкую контрастность пространства, заполненного спинномозговой жидкостью (ЦСЛ с повышенной интенсивностью), и костно-связочных структур (слабо выраженная интенсивность). Таким образом мы добиваемся эффекта миелографии (фото 5).
 |
| Фото 5. Равновесное визуальное изображение в режиме Т2 в поперечном срезе спинного мозга у кошки на уровне атланта. Следует отметить наличие серого вещества в форме бабочки. |
Прилегающие ткани
Костная ткань не излучает сигнал, потому что она содержит незначительное количество свободных протонов. Сосуды также не издают сигнала в связи с циркуляцией крови. Межпозвоночные диски в нормальном состоянии характеризуются очень выраженным содержанием воды в пульпозном ядре. Их изображение на экране при равновесном состоянии в режиме Т2 характеризуется повышенной интенсивностью, тогда как в Т1 она снижена (фото 6). Фиброзные кольца и прилегающие к ним связки проявляются с более слабой интенсивностью, также как и кортикальный слой костной ткани эпифизов и тела позвонков. Спонгиозная часть кости, костный мозг, и жир, локализующийся в перидуральной области дают средне умеренную интенсивность изображения при равновесной последовательности в режимах Т1 и Т2. Мышечная ткань имеет среднюю степень интенсивности.
 |
| Фото 6. Равновесное визуальное изображение шейного отдела позвоночного столба в режиме Т1 (сагиттальный срез). Спинной мозг серого цвета, интенсивность окраски спинномозговой жидкости снижена, интенсивность костного мозга в телах позвонков повышенная. Следует отметить повышенную интенсивность дисков на уровне С5-С6, а также эффект воздействия массы на спинной мозг (формирование грыжи в спинномозговом канале). |
Использование контрастных веществ
Гадолиниум (hadolinium) является парамагнитным продуктом, который после внутривенной инъекции, вызывает увеличение интенсивности сигнала, свидетельствующего о повреждении, если целостность сосудов или гемато-гистологического барьера нарушена (рис. 4). Такие контрастные агенты не имеют прямого изображения на экране, но они изменяют локальное поле, воздействуя на прилегающие протоны (они сокращают TR при визуализации в Т1), что в свою очередь изменяет интенсивность сигнала (мощный сигнал).
 |
| Рисунок 4. Принцип диффузии парамагнитного продукта в паренхиме при проницаемости гемато-паренхиматозного барьера. |
Сравнение с томоденситометрией. Преимущество ядерного магнитного резонанса
Качественный анализ анатомических элементов
Ядерный магнитный резонанс дает более высокое качество детализации анатомических элементов в сравнении с методом томоденситометрии. Эти различия объясняются высокой разрешающей способностью контраста. Например, при проведении метода томоденситометрии возникают линейные артефакты в задней ямке мозга или субтенториальной области за счет каменистой части височной и мыщелков затылочной костей и позвонков (феномен увеличения плотности костной ткани). Это ограничивает разрешающую способность паренхимы ствола головного мозга (фото 7). Вышеуказанные недостатки в ЯМР отсутствуют, так как ткани не подвергаются прохождению через них рентгеновских лучей и являются источником электромагнитного сигнала (фото 8).
 |
 |
| Фото 7. Томоденситометрическое визуальное изображение в поперечном срезе на уровне ствола головного мозга. Следует отметить увеличение плотности костных структур (вследствие прохождения рентгеновских лучей), экранирующих паренхиму ствола головного мозга. | Фото 8. Визуализация равновесного состояния плотности протонов (TR длинные и TE короткие) в поперечном срезе на уровне ствола головного мозга. Следует отметить великолепную дифференциацию структур ствола головного мозга (третий желудочек, серые ядра и пучки белого вещества). Также следует обратить внимание на ослабление изображения костной ткани. |
Ориентация изображений в пространстве
В ядерном магнитном резонансе визуальные изображения могут быть ориентированы во всех проекциях исследуемого пространства (сагиттально, коронально – в своде черепа, т.е. лобной кости, и аксиально) при одной позиции животного (фото 9). При этом информационное устройство позволяет реконструировать визуальное изображение в необходимом сечении, без изменения позиции пациента, в отличие от метода томоденситометрии.
 |
| Фото 9. Равновесное визуальное изображение в режиме Т1 при корональном срезе (свод черепа,формируемый лобными костями) на уровне ствола головного мозга. Необходимо обратить внимание на визуализацию зрительных нервов, отходящих от сетчатки глаз. |
Очень низкий риск для животного
Животное не подвергается воздействию рентгеновских лучей и в результате может быть подвержено нескольким сеансам без какой-либо опасности. Так или иначе, риск использования контрастных парамагнитных агентов существенно ниже йодированных продуктов.
Недостатки ядерного магнитного резонанса
Томоденситометрия в основном с помощью некоторых приспособлений для настройки (образование костных окон) обладает высокой разрешающей способностью визуализации костной ткани на достаточно хорошем уровне, в отличие от ядерного магнитного резонанса (фото 10). Костная ткань не способна воспроизвести электромагнитный сигнал, который если и образуется, то слабой интенсивности, и при повреждении костной ткани может оказаться незамеченным. В случае введения ферромагнитного компонента отмечается интерференция и в основном возникает риск смещения по причине возникновения очень большого базового магнитного поля.
 |
| Фото 10. Томоденситометрическое изображение в поперечном срезе на уровне ствола головного мозга (регулировка костных окон). Следует обратить внимание на детализацию границ структур барабанных пузырей и каменистых костей (по данным исследования Delisle и Devauchelle, отдел «РадиотерапияСканер», Альфорт). |
Наконец, следует учитывать длительность времени исследования по сравнению с тем, которое необходимо для новых поколений сканера и высокую стоимость контрастных парамагнитных продуктов.
Характеристики повреждений
Великолепная дифференциация двух прилегающих тканей (количественная и конструктивная дифференциация протонов) позволяет ядерному магнитному резонансу обнаружить множественные нарушения нервной системы и иногда уточнить их природу (дегенеративные изменения, опухоль и нарушения сосудов).
Новообразования
Новообразования визуализируются слабо и в основном в равновесной последовательности Т1, потому что нормальная паренхима и неопластическая ткань по их консистенции часто схожи. И наоборот, могут быть отмечены вторичные неспецифические эффекты: смещение нормальных структур под воздействием массы. Гадолиниум позволяет лучше определять их границы, потому как он накапливается в неопластической ткани благодаря проницаемости гематопаренхиматозного барьера в новообразовании.
Отеки и дегенеративные изменения
Зоны отека воспалительной, травматической или сосудистой природы хорошо дифференцируются в визуальном изображении при равновесном состоянии в режиме Т2 в связи с увеличением интенсивности участков за счет свободной воды. С помощью некоторых последовательностей удается выявлять повреждения волокон нервной системы и получать информацию для прогноза заболевания. Дегенеративные изменения позвоночного столба (стеноз, дегенеративные нарушения и межпозвоночная грыжа диска, деформирующий спондилез) также могут быть исследованы с помощью ядерного магнитного резонанса.
Дегидратация ядра диска, которая соответствует симптому дегенеративного изменения, может быть оценена с помощью изображения при равновесном состоянии в режимах Т1 или Т2, потому как это состояние ведет к снижению интенсивности сигнала.
Перспективы на будущее
Магнитный резонанс адаптирован для оценки сосудистых структур (визуализация и функционирование) благодаря его чувствительности к феноменам, связанным с кинетикой (приложение 2). Ангиография с помощью магнитного резонанса (МР) высокого качества может быть сопоставима с классической ангиографией, но в данном случае ее добиваются неинвазивным способом (фото 11).
 |
| Фото 11. Ангиография выполнена с помощью магнитного резонанса у собаки. Паренхима головного мозга и все другие ткани не визуализируются, изображение представлено только артерио-венозной сетью. |
Приложение 2. Схема визуального изображения
Схема визуального изображения через магнитный резонанс состоит из четырех этапов:
- Получение градиента эхо в режиме Т1, в сагиттальной плоскости, который является контрольным.
- Серия в режиме Т1 без инъекции, проводимая в аксиальной плоскости для осуществления поиска нарушений травматической природы или аномалий.
- Серия в режиме Т1 после инъекции гадолиниума для осуществления поиска нарушений, связанных с новообразованиями или инфекционным процессом.
- Серия в режиме Т2 для обеспечения поиска повреждений воспалительной и сосудистой природы или интрааксиального новообразования.
Спектроскопия с помощью МР – это метод, который помимо водорода позволяет анализировать другие нуклеарные структуры визуализируемой ткани. Ее развитие даст возможность приблизится к изучению характеристик тканей (дифференциация нарушений неопластической и дегенеративной природы).
Метод функционального МР позволяет проводить картографию активности головного мозга, осуществляя тем самым большой шаг в понимании нейрофизиологии. Новые аппараты, задуманные для активации «вхождения», практически будут давать реальное визуальное изображение, например, во время проведения хирургической операции.
Заключение
Визуальное изображение с помощью магнитного резонанса, вне всякого сомнения, является сложным методом, но обладающим большим потенциалом возможностей.
Чувствительность ядерного магнитного резонанса в визуализации черепно-мозговой области и спинного мозга имеет преимущество по сравнению со сканером, но получаемые таким способом изображения редко подтверждают реальную природу нарушения. Его преимущество не согласуется с понятием сложности, но для его использования необходимо применение схем адаптированных последовательностей, которые уже наработаны. С другой стороны, интерпретация полученных визуальных изображений весьма эффективно проходит через знание нейроанатомии, а также нейрофизиологии и клинической неврологии. Возможность использования такого диагностического подхода в области ветеринарии требует времени. Ее грамотное использование требует соответствующих знаний клинициста.
СВМ 6/2004